9일 업계에 따르면 SK온은 한양대 김동원 교수 연구팀과 황화물계 전고체 배터리용 리튬 메탈 음극을 공동 연구한 결과 상온에서 구동 가능한 신규 음극을 개발하는 데 성공했다. 이 같은 내용을 담은 논문은 최근 재료·계면 분야의 권위 있는 국제 학술지인 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이시스'에 게재됐다.
황화물계 리튬 메탈 배터리는 보통 균일한 리튬 이동을 위해 상온보다 높은 온도에서 구동된다. 배터리를 고온에서 구동할 경우 온도 유지용 모듈 탑재가 필요해 비용이 커지고 에너지 밀도가 낮아진다. 또 구동 온도가 65도 이상 올라가면 소재의 열화 가능성에 따라 배터리 수명이 단축될 수 있다.
연구진은 이런 단점을 극복하고 음극 집전체에 리튬 친화성 소재인 은이 추가된 음극을 구성해 상온 구동을 실현했다. 이를 통해 고온 구동 시 고온 유지에 필요한 비용을 낮추고 배터리 수명을 늘렸다.
연구팀은 배터리 음극 표면에 생기는 나뭇가지 모양의 결정체인 덴드라이트 형성에 따른 셀 단락 현상을 막을 수 있는 기술 개발에도 성공했다. 연구팀은 리튬-은 합금 과정에서 SEI(배터리 최초 충전시 음극재 표면에 생기는 얇은 막)막이 동시에 형성되는 공법을 개발했다. SEI막은 전기 음극 표면에 형성되는 얇은 층으로 전극 보호막 효과가 있다.
이는 덴드라이트 성장을 억제할 뿐 아니라 비용과 시간을 단축하는 등 공정 효율화도 가능하다는 것이 연구팀의 설명이다. 보통 음극 보호막 처리와 합금화 과정을 별도로 나눠서 처리하는데, 이 공법은 전기화학적으로 한 번에 처리할 수 있기 때문이다.
SK온은 비용 감축을 위해 은 함량을 줄이는 방안과 배터리 수명을 늘리기 위한 SEI막 강화 연구를 진행 중이다. 앞서 SK온은 지난 6월 상온 구동 가능한 리튬 메탈 배터리용 고분자 전해질을 개발했다고 밝힌 바 있다.
SK온은 차세대 배터리 기술 경쟁력을 선점하기 위해 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발 중이다. SK온은 내년 하반기 황화물계 고체 배터리 파일럿 라인을 준공하고 2029년 상용화 시제품을 출시한다는 계획이다. 박한나기자 park27@dt.co.kr
